Covalente binding

INTRODUCTIECURSUS
BOUWCHEMIE
HOOFDSTUK 2: ATOOMBOUW EN
CHEMISCHE BINDING
OVERZICHT
1.
Elementaire deeltjes
2.
Elektronen in schillen
3.
Ionbinding – ionverbindingen
4.
De covalente binding
5.
Polaire covalente binding
6.
Oxidatiegetal
2
BOHR ATOOMTHEORIE:
ELEMENTAIRE DEELTJES
Bouwstenen van een atoom
• Protonen
p+
• Neutronen n0
• Elektronen e-
3
ELEMENTAIRE DEELTJES
Symbool
Atoommassa [u]
e≈0
p+
≈1
n0
≈1
Lading
-1
+1
0
4
ELEMENTAIRE DEELTJES
Atoom is neutraal
Aantal elektronen = aantal protonen
Alle atomen van een element hebben hetzelfde aantal protonen in de kern
Atoomnummer Z = aantal protonen in de kern van een atoom van dat element
Kern bestaat uit protonen en neutronen
Massagetal A = aantal protonen + neutronen in een atoom
A
Z
X
X elementsymbool
A massagetal
Z atoomnummer
5
ELEMENTAIRE DEELTJES
Voorbeeld
A
Z
X
X elementsymbool
A massagetal
Z atoomnummer
Bereken het aantal elementaire deeltjes
23
11
Na
6
Elementen
Atoommassa
7
ELEMENTAIRE DEELTJES:
OEFENINGEN
1.
Wat is het massagetal van een koper-atoom met 34 neutronen?
2.
Hoeveel protonen, neutronen en elektronen zitten er in een 59Ni-atoom?
3.
Geef het massagetal van beryllium met 5 neutronen
4.
Geef het complete symbool
A
Z
X voor argon met 21 neutronen
8
OVERZICHT
1.
Elementaire deeltjes
2. Elektronen in schillen
3.
Ionbinding – ionverbindingen
4.
De covalente binding
5.
Polaire covalente binding
6.
Oxidatiegetal
9
ELEKTRONEN IN SCHILLEN
Theorie van Rutherford
• Elektronen bewegen rond de kern (positieve kern trekt negatieve
elektronen aan)
 Baanbeweging
• Ze vallen niet op de kern door hun bewegingsenergie
10
ELEKTRONEN IN SCHILLEN
Theorie van Bohr
• Elektronen in schillen (K, L, M, N, O, P, Q)
• Aantal elektronen per schil is beperkt tot 2 n2 (n = schilnummer)
K-schil n = 1 hoogstens
2 en=2
8 e-
M-schil n = 3
18 e-
N-schil n = 4
32 e-
L-schil
In de volgende schillen voor bekende elementen maximaal slechts 32 e-
11
ELEKTRONEN IN SCHILLEN
Naast baanbeweging (rond de kern) is er ook tolbeweging van de
elektronen rond hun eigen as (spin)
• 2 mogelijkheden: wijzerzin of tegenwijzerzin
• Aanduiding spin: ↑ of ↓
Indien 2 e- (↑ en ↓) elkaar voldoende dicht naderen
 aantrekking die afstoting door 2 negatieve ladingen overstijgt
 doubletten of elektronenparen
12
ELEKTRONEN IN SCHILLEN
13
ELEKTRONEN IN SCHILLEN:
OEFENINGEN
1.
Waar of niet waar?
1.
Rutherford beweert dat elektronen zich slechts in 7 schillen
bevinden.
2. Elektronen bewegen rond de kern van het atoom, die bestaat uit
protonen en neutronen.
2. Ga na hoeveel elektronen volgende atomen hebben in de buitenste
schil? Hoeveel van deze elektronen zijn ongepaard? (Tip: zie PSE)
Na, Ca, Al, Mg, C, N, P, O, F, Ar
Wat kan je hieruit besluiten?
14
VALENTIE-ELEKTRONEN
15
VALENTIE-ELEKTRONEN
Valentie-elektronen
= elektronen uit de buitenste schil van een atoom
Edelgassen
8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-)): stabiele octetconfiguratie of
edelgasconfiguratie
Atomen van andere elementen
Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie
door bindingen aan te gaan met andere atomen
VALENTIE-ELEKTRONEN
Lewis weergave van valentie-elektronen
• Ongepaarde elektronen: punt
• Gepaarde elektronen: streepje
Eerst maximaal 4 ongepaarde elektronen, pas dan vorming van elektronenparen!
17
VALENTIE-ELEKTRONEN:
OEFENINGEN
1.
Geef de Lewis-voorstelling voor volgende atomen
Ca, Mg, C, N, F, Ar
18
OVERZICHT
1.
Elementaire deeltjes
2.
Elektronen in schillen
3. Ionbinding – ionverbindingen
4.
De covalente binding
5.
Polaire covalente binding
6.
Oxidatiegetal
19
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Edelgassen
8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-): stabiele octetconfiguratie of
edelgasconfiguratie
 “tevreden”, willen niet veranderen, i.e. willen niet chemisch
reageren
Atomen van andere elementen
Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie
door bindingen aan te gaan met andere atomen
• Ionbinding
• Covalente binding
• Metaalbinding
20
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ion
• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt  niet meer neutraal  ion
• Reden: streven naar edelgasconfiguratie
Metalen: leegmaken van buitenste schil (afgeven van e-) onderliggende
schil wordt buitenste schil
 positieve ionen (kationen)
Streven naar
configuratie van Ne
Mg2+
Afgeven van 2 e21
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ion
• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt  niet meer neutraal  ion
• Reden: streven naar edelgasconfiguratie
Metalen: leegmaken van buitenste schil (afgeven van e-) onderliggende
schil wordt buitenste schil
 positieve ionen (kationen)
Positief éénwaardig ion
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Tweewaardig positief ion
Driewaardig positief ion
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ion
• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt  niet meer neutraal  ion
• Reden: streven naar edelgasconfiguratie
Niet-metalen: aanvullen van buitenste schil (opnemen van e-)
 negatieve ionen (anionen)
Streven naar
configuratie van Ar
Cl-
Opnemen van 1 e24
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ion
• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt  niet meer neutraal  ion
• Reden: streven naar edelgasconfiguratie
Niet-metalen: aanvullen van buitenste schil (opnemen van e-)
 negatieve ionen (anionen)
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
IONBINDING – IONVERBINDINGEN:
OEFENINGEN
1.
Welke ionen zullen de volgende 5 elementen vormen?
O, Mg, Cl, Al, K
2.
Van welk edelgas hebben de ionen in de vorige vraag de
elektronenconfiguratie?
27
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ion
• Sommige elementen kunnen verschillende ionen vormen (met een
verschillende lading)
Voorbeeld
Fe2+ ijzer(II)-ion en
Cu+ koper(I)-ion en
Fe3+ ijzer(III)-ion
Cu2+ koper(II)-ion
• Polyatomische ionen = groepen van atomen met een lading
Voorbeeld
NH4+
CO32SO42-
ammonium-ion
carbonaat-ion
sulfaat-ion
28
Monoatomisch anion
= Stam van niet-metaal + -ide
Monoatomisch kation
= Naam van metaal + -ion
Te kennen!
29
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ionbinding
Positieve ionen en negatieve ionen trekken elkaar aan  ionbinding
Na+
Cl-
Ionverbinding
Verbinding waarin samenstellende deeltjes ionen zijn
elektrontransferreactie
Na+
Cl-
30
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ionverbinding is elektrisch neutraal
Som van ladingen van kationen = som van ladingen van anionen
Na+ + Cl
2 Na+ + O2- 
NaCl
Na2O
Naamgeving
<Naam kation><naam anion>
Na2O  natriumoxide
Indien meerdere ionen mogelijk van element, wordt lading in de naam vermeld
FeCl2  ijzer(II)chloride
Haakjes bij meer dan één polyatomisch anion
3 Ca2+ + 2 PO43-  Ca3(PO4)2
Formule van een ion moet de ionlading dragen
Na ≠ Na+
31
IONBINDING – IONVERBINDINGEN
Ionroosters  dichtste bolstapeling
32
IONBINDING – IONVERBINDINGEN:
OEFENINGEN
1.
Welke ionverbindingen worden gevormd door volgende ionen? Geef
ook de volledige naam.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
F- en Cu+
K+ en OHClO- en Zn2+
Fe2+ en PO43Li+ en HSO4HSO3- en Ag+
SO32- en Al3+
NH4+ en CO32Ca2+ en IFe3+ en O2-
33
IONBINDING – IONVERBINDINGEN:
OEFENINGEN
2.
Identificeer de samenstellende ionen en geef de naam van de ionen
1.
2.
3.
3.
NaF
Cu(NO3)2
Mg3(PO4)2
Geef de chemische formule van
1.
2.
3.
Kaliumsulfide
Ammoniumfosfaat
Calciumhypochloriet
34
OVERZICHT
1.
Elementaire deeltjes
2.
Elektronen in schillen
3.
Ionbinding – ionverbindingen
4. De covalente binding
5.
Polaire covalente binding
6.
Oxidatiegetal
35
COVALENTE BINDING
Edelgassen
8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-): stabiele octetconfiguratie of
edelgasconfiguratie
 “tevreden”, willen niet veranderen, i.e. willen niet chemisch
reageren
Atomen van andere elementen
Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie
door bindingen aan te gaan met andere atomen
• Ionbinding
• Covalente binding
• Metaalbinding
36
COVALENTE BINDING
Ionbinding
= uitwisselen van elektronen
Vaak tussen metalen en niet-metalen
Covalente binding
= in gemeenschap stellen van elektronen
Tussen atomen uit rechterbovenhoek van periodiek systeem onderling en tussen deze
atomen met waterstof
37
COVALENTE BINDING
Twee types
Gewone covalente binding
= gemeenschappelijk maken van een ongepaard elektron van één
atoom en een ongepaard elektron met tegengestelde spin van het
andere atoom
Datief covalente binding
= gemeenschappelijk maken van een elektronenpaar van het ene atoom
(donor) met een ander atoom (acceptor)
+
38
COVALENTE BINDING
Gewone covalente binding
• Covalente binding in enkelvoudige verbindingen  bestaan uit zelfde
atoomsoort
• Enkelvoudige binding
• Dubbele binding
• Drievoudige binding
• Covalente binding in samengestelde verbindingen  bestaan uit
verschillende atoomsoorten
39
COVALENTE BINDING
Gewone covalente binding
Aantal covalente bindingen
• Elementen uit de 7de hoofdgroep
1 ongepaard elektron
1 covalente binding
• Elementen uit de 6de hoofdgroep
2 ongepaarde elektronen
2 covalente bindingen
• Elementen uit de 5de hoofdgroep
3 ongepaarde elektronen
3 covalente bindingen
• Elementen uit de 4de hoofdgroep
4 ongepaarde elektronen
4 covalente bindingen
40
COVALENTE BINDING
Twee types
Gewone covalente binding
= gemeenschappelijk maken van een ongepaard elektron van één
atoom en een ongepaard elektron met tegengestelde spin van het
andere atoom
Datief covalente binding
= gemeenschappelijk maken van een elektronenpaar van het ene atoom
(donor) met een ander atoom (acceptor)
+
41
COVALENTE BINDING: OEFENINGEN
1.
Teken de volgende covalente verbindingen m.b.v. de Lewis-notatie
O2, F2, N2, HBr
2.
Vul aan
ongepaarde elektronen
Bij een gewone covalente binding worden .............................................
in gemeenschap gesteld; bij een datief covalente binding is dit
.............................................
het gemeenschappelijk maken van een elektronenpaar van 1 atoom
42
OVERZICHT
1.
Elementaire deeltjes
2.
Elektronen in schillen
3.
Ionbinding – ionverbindingen
4.
De covalente binding
5. Polaire covalente binding
6.
Oxidatiegetal
43
POLAIRE COVALENTE BINDING
Gewone covalente binding tussen atomen van eenzelfde element
 Gelijke aantrekkingskracht op bindend elektronenpaar
 Bindend elektronenpaar ligt exact tussen beide atomen in
 Binding is apolair
F
F
Covalente binding tussen atomen van verschillende elementen
 Ongelijke aantrekkingskracht op bindend elektronenpaar
 Verschuiving van bindend elektronenpaar naar atoom met grootste
aantrekkingskracht voor elektronen
dd+
 Binding is polair
Hd+
Cld-
44
POLAIRE COVALENTE BINDING
Elektronegativiteitswaarde ENW
= maat voor de aantrekkingskracht van een bindend atoom om bindende
elektronen naar zichzelf toe te trekken
Onbenoemd getal tussen 0.7 en 4.1
Elektronegativiteitswaarde
45
POLAIRE COVALENTE BINDING
Voorbeeld en aanduiding
HCl
ENW(Cl)=2.83
ENW(H)=2.1
Verschuiving naar Cl toe
d+
d-
Hd+
Cld-
46
POLAIRE COVALENTE BINDING
Polair covalente binding bevindt zich tussen
• Ionbinding (uitwisseling van elektronen)
• Covalente binding (elektronenpaar zuiver gemeenschappelijk)
Covalente binding
F
F
Polair covalente binding
Ionbinding
d+
d-
+
-
Hd+
Fd-
Na+
Cl-
Elektronenpaar wordt meer gelijkmatig gedeeld
Binding wordt minder ionisch en meer covalent
47
POLAIRE COVALENTE BINDING:
OEFENINGEN
1.
Waarom hebben edelgassen geen E.N.W.?
2.
Vul aan: metalen zijn elektro-... en niet-metalen zijn elektro-...
3.
Waarom is dit zo?
Duid met behulp van de notatie met δ aan waar de polariteit ligt van
volgende bindingen
HBr, O2
48
COVALENTE,
POLAIR COVALENTE EN ION-BINDING
49
METAALBINDING
Edelgassen
8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-): stabiele octetconfiguratie of
edelgasconfiguratie
 “tevreden”, willen niet veranderen, i.e. willen niet chemisch
reageren
Atomen van andere elementen
Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie
door bindingen aan te gaan met andere atomen
• Ionbinding
• Covalente binding
• Metaalbinding
50
METAALBINDING
• Metalen staan valentie-elektronen makkelijk
af
• Er ontstaat een positieve ionkern en een of
meerdere vrije elektronen
• Buitenste schil verkrijgt zo octetconfiguratie
• Vrijgekomen valentieelektronen verzorgen
ladingsneutraliteit, maar zitten niet vast op
een bepaalde plek
Metaalbinding in Al
51
OVERZICHT
1.
Elementaire deeltjes
2.
Elektronen in schillen
3.
Ionbinding – ionverbindingen
4.
De covalente binding
5.
Polaire covalente binding
6. Oxidatiegetal
52
OXIDATIEGETAL
Oxidatie van een atoom
= verwijdering van elektronen uit het atoom
Reductie van een atoom
= opname van elektronen door het atoom
Oxidatiegetal of –trap van een atoom
= lading die het atoom zou hebben als alle bindingen zuiver ionisch zouden
zijn (als elektronenparen in elke binding zouden worden overgedragen naar
het meer elektronegatieve atoom)
= (aantal elektronen dat uit een atoom verwijderd zou worden (positief) of
aantal elektronen dat aan een atoom toegevoegd zou worden (negatief))
Schrijfwijze
• Ladingen van ionen: getal + teken bv. Cu2+
• Oxidatiegetallen: teken + Romeins cijfer/getal
O.T. van Cu2+ is +II of +2
53
OXIDATIEGETAL
= elektrische lading die een atoom heeft of schijnbaar heeft volgens
onderstaande richtlijnen
 De algebraïsche som van de O.T. in een neutrale verbinding is 0, in een
polyatomisch ion gelijk aan de lading van het ion
 Voor ionen bestaande uit één enkel atoom is het O.T. gelijk aan de lading van
het ion
 Elk atoom in elementaire toestand heeft een O.T. = 0 (H2, Na)
 O.T. van H is +I (tenzij 0, -I) in de meeste verbindingen
 O.T. van O is –II (tenzij 0, -I) in de meeste verbindingen
 O.T. van alkalimetalen is +I (tenzij 0), aardalkalimetalen +II (tenzij 0)
54
OXIDATIEGETAL: OEFENINGEN
1.
Bepaal het oxidatiegetal van het onderlijnde element
Al2O3
H2SO4
HClO3
PO43Ca
Fe2+
55
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 1: Geef het massagetal van volgende atomen
A. Titanium met 26 neutronen
B. Gallium met 39 neutronen
…………………………………………
…………………………………………
VRAAG 2: Hoeveel elektronen, protonen en neutronen zitten er in een atoom
A.
B.
C.
40Ca
119Sn
244Pu
…………………………………………
…………………………………………
…………………………………………
VRAAG 3: Geef het aantal valentie-elektronen voor Ba, As en Br. Teken de Lewis
formule voor elk element.
56
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 4: Geef de formule van
Waterstofnitraat
Koper(I)sulfiet
…………………………………………
…………………………………………
VRAAG 5: Geef de naam van
(NH4)2CO3
Mg(NO2)2
…………………………………………
…………………………………………
57
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 6: Welk van onderstaande formules is niet correct?
KCl
MgCl2
CuSO4
Ba+2O-2
CaS
ZnBr2
AgBr2
Al2(SO4)3
BaOH2
58
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 7: Vul onderstaande tabel in
nitraat
Na+
Ca2+
Fe3+
sulfaat
chloride
Na2SO4
NaCl
Ca(NO3)2
CaSO4
CaCl2
Fe(NO3)3
Fe2(SO4)3
NaNO3
FeCl3
59
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 8: Bepaal de O.T. van het onderlijnde element
MnO4CO32Cr2O72ClO4Fe
Fe2O3
H3PO4
NO2+
60